申请日2009.12.23
公开(公告)日2010.06.09
IPC分类号G01N21/33
摘要
本发明涉及污水中溶解性化学需氧量的测定方法。采用具有紫外吸收的特征物质如蛋白质和DNA为基准，分别采用相应的特征吸收波长280nm和260nm进行污水吸光度检测;进行零点校正，然后制作回归工作方程：取不少于3份污水污泥，利用吸光度数据和化学需氧量数据进行数据线性一元或二元回归，得到工作方程;依据得到的工作方程，在日常污水处理工艺中，取出少量污水用0.45um膜真空过虑得到少量的溶液，再利用工作方程计算出污水的化学需氧量数据。本发明的污水化学需氧量测定分析方法具有原理可靠、分析快速、简便、经济、环保等优点。该方法适用于活性污泥法污水处理稳定运行工艺如污水厂或实验室中涉及排放污水中化学需氧量多次、大量测定情况下采用。
权利要求书
1.一种活性污泥法污水处理工艺中污水化学需氧量的测定方法，其特征是步骤如下：
设定检测波长：采用具有紫外吸收的特征物质如蛋白质和DNA为基准，分别采用相应的特征吸收波长280nm(蛋白质)和260nm(DNA)进行污水吸光度检测;
零点校正：以去离子水蒸馏水分别在280nm和260nm吸收波长下的吸光度作为化学需氧量的零点校正;
制作回归工作方程：取不少于3份污水污泥，在不同超声波协同碱的处理条件下，再用稀硫酸把污水污泥pH调回污水的原始值，随后采用离心机进行固液分离，取出上部悬浊液进行0.45um膜真空过滤制备污水溶液，随后在280nm和260nm检测波长下测定吸光度，再分别对制备的溶液采用重铬酸钾滴定法分析所制备污水溶液的化学需氧量;利用吸光度数据和化学需氧量数据进行数据线性一元或二元回归，得到工作方程;
污水化学需氧量的测定：依据得到的工作方程，在日常污水处理工艺中污水排放时污水化学需氧量分析时，取出少量污水用0.45um膜真空过滤得到少量的溶液，再分别在280nm和260nm下测定污水的吸光度数据，再利用上述工作方程计算出污水的化学需氧量数据。
说明书
污水中溶解性化学需氧量的测定方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术，特别是涉及一种污水中溶解性化学需氧量(SCOD)的测定方法。
背景技术
随着我国社会经济的发展与城市化进程的加快，城镇污水产生数量越来越多。由于我国污水处理设施建设较晚，经济基础较差，因此我国目前的污水处理率较低，给水资源较为贫乏的我国水环境带来巨大威胁。为此，国家在“十一五”规划报告中明确提出污水排放中化学需氧量(COD)在“十五”未的基础上减排10%的约束性指标。对此，全国各地大力建设污水处理厂。截至到2008年3月底，全国已建成的污水厂数量达1288座，污水日均处理能力为8043万吨。并且对不同的城镇污水处理率目标提出了不同的要求，“十一五”时期，重点省会城市处理率要达到80%，一般城市要达到60%～70%，县城则要达到60%。
化学需氧量(COD)是污水处理厂污水排放的重要考察指标，在日常检测中经常化验。目前污水厂对化学需氧量(COD)的标准测定方法通常采用重铬酸钾滴定法(重铬酸盐法GB11914-89)。该方法不仅需要消耗硫酸银(或硫酸汞)、浓硫酸、重铬酸钾、硫酸亚铁铵和邻菲罗啉等化学试剂，还需要膜过滤制备大量污水试样，而且需要在沸腾下加热2h。因此，传统的化学需氧量(COD)分析方法不仅耗时、成本高，而且会产生严重的重金属污染。另外，对于污水化学需氧量分析也有依据重铬酸钾滴定法进行改良的方法，即采用分光光度分析方法检测未反应完的铬离子来计算反应了的重铬酸钾，丛而间接计算出化学需氧量(水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法标准HJ/T 399-2007)。但该方法依然无法摆脱传统重铬酸钾滴定法所存在的污染、烦琐、昂贵等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种污水活性污泥法处理稳定运行工艺中排放污水中溶解性化学需氧量(SCOD)的日常化验的准确、经济、简便、快速、环保分析方法，可为污水厂和实验室污水处理技术效果评价提供技术支持。
本发明主要需要紫外风光光度计以及标准重铬酸钾化学需氧量滴定分析方法所需的各种试剂和设备。本发明中所使用的标准重铬酸钾化学需氧量滴定分析方法其目的是用于建立光学分析方法中所需要的工作曲线。一旦建立好工作曲线后就不再需要消耗传统重铬酸钾化学需氧量滴定所需的所有试剂，也避免了加热消解处理步骤。
本发明的活性污泥法污水处理工艺中污水化学需氧量的测定方法，步骤如下：
设定检测波长：采用具有紫外吸收的特征物质如蛋白质和DNA为基准，分别采用相应的特征吸收波长280nm(蛋白质)和260nm(DNA)进行污水吸光度检测;
零点校正：以去离子水蒸馏水分别在280nm和260nm吸收波长下的吸光度作为化学需氧量的零点校正;
制作回归工作方程：取不少于3份污水污泥，在不同超声波协同碱的处理条件下，再用稀硫酸把污水污泥pH调回污水的原始值，随后采用离心机进行固液分离，取出上部悬浊液进行0.45um膜真空过滤制备污水溶液，随后在280nm和260nm检测波长下测定吸光度，再分别对制备的溶液采用重铬酸钾滴定法分析所制备污水溶液的化学需氧量;利用吸光度数据和化学需氧量数据进行数据线性一元或二元回归，得到工作方程;
污水化学需氧量的测定：依据得到的工作方程，在日常污水处理工艺中污水排放时污水化学需氧量分析时，取出少量污水用0.45um膜真空过滤得到少量的溶液，再分别在280nm和260nm下测定污水的吸光度数据，再利用上述工作方程计算出污水的化学需氧量数据。
本发明分析方法原理叙述如下：
对于传统的活性污泥法处理污水，一旦其工艺稳定运行后污水体系中的各种生物群落和数量比例往往是稳定的。因此，污水中微生物代谢产物中对化学需氧量(COD)有贡献的物质如蛋白质、DNA和炭水化合物等之间的物质浓度比例往往也是稳定的。对化学需氧量有贡献物质浓度的比例可用如下数学公式表示：
C1∶C2∶……∶Cn=K1∶K2∶……Kn (1)
(1)式中Ki为常数。根据(1)式有下面关系式：
KnC1=Kn-1C2=……K2Cn-1=K1Cn (2)
依据(2)式，如果以C1为准，则其他物质浓度Ci可表达为：
假设污水中对化学需氧量有贡献的物质i的单位质量化学需氧量贡献系数为Ki′(为常数)，则污水化学需氧量(COD)可以用污水中所有对化学需氧量(COD)有贡献的物质的化学需氧量之和来表达：
结合(3)式和(4)式即有：
(5)式中同样为常数，假设为K，则(5)式可以表达为：
COD=KKnC1 (6)
由(6)式可见，污水的化学需氧量(COD)与污水中对化学需氧量有贡献的任一物质浓度成线性关系。依据朗伯-比尔定律，在一定浓度范围内和固定测定条件下物质浓度C1与其吸光度A1成线性关系，即：
其中Kb为与物质种类和样品池相关的常数。依据(6)式和(7)式，可得：
式(8)即为本发明方法的核心思想。在本发明中特征物质的浓度采用具有紫外吸收的物质如蛋白质和DNA的吸光度来表示。利用蛋白质和DNA的紫外吸收特征可以避免可见光分光光度检测时所需要的显色反应试剂和操作步骤。因此，依据关系式(8)，只要建立起污水化学需氧量(COD)与特征物质吸光度间的良好工作曲线关系，即可在以后的测定工作直接测定污水的在特定吸收波长下的吸光度，然后利用良好的工作曲线，就可以快速计算出污水的化学需氧量(COD)数据。该方法具有试样需要量少、环保、快速和经济优点，避免了传统重铬酸钾滴定方法的烦琐、昂贵和污染等缺点。
分析步骤详细说明如下：
第一步：制备不同化学需氧量(COD)浓度的清液。
从运行稳定的污水处理工艺中取体积为500ml污水污泥至少3份，利用槽式超声波(功率50W，频率25kHz，有效容积1.5L)对上述污水污泥在一定pH下(利用氢氧化钠调节pH)分别处理不同时间，放置一定时间后利用稀硫酸调节pH为中性，随后利用离心设备对上述超声波和氢氧化钠处理的污水污泥进行离心分离(离心分离目的在于减轻后续膜过虑的难度)，再对离心样品的上部液体采用0.45um膜真空过虑制备一定体积的清液。该步骤的目的是得到具有不同化学需氧量(COD)污水清液。当然污水中各种物质如蛋白质、DNA和炭水化合物等的物质浓度也不同。需要注意的是，制备的溶液pH应该与原污水的pH相近，以减少因为溶液pH不同对光学检测造成的影响。
第二步：特定波长下吸光度的测定。
分别取约3ml第一步得到膜过虑溶液，应用紫外分光光度计分别在280nm(蛋白质紫外吸收特征波长)和260nm(DNA紫外吸收特征波长)测定各自的吸光度数据。另外，再取1份蒸馏水同样在280nm和260nm下测定吸光度。该步的目的是确定代表特征物质浓度的吸光度数据，为建立工作曲线提供依据。测定蒸馏水吸光度的目的在于零点校正。
第三步：重铬酸钾法分析化学需氧量(COD)数据。
分别取一定体积第一步中得到的膜过虑溶液，采用重铬酸钾标准分析方法(重铬酸盐法GB 11914-89)测定上述系列溶液的化学需氧量(COD)。
第四步：建立工作曲线方程。
利用Matlab软件编程建立上述系列上清液关于不同吸收波长下吸光度与化学需氧量(SCOD)的线性数学模型，即完成了吸光度与化学需氧量(SCOD)间的工作曲线的建立工作。工作曲线数据点越多则其可靠性越强。
第五步：工作曲线的日常检测分析使用。
当工作曲线建立后，在以后的分析过程中只需利用0.45膜真空过虑制备少许(约3ml)的污水上清液，然后再利用紫外分光光度计分别测定280nm和260nm下的吸光度数据，再利用工作曲线即可快速计算出该污水中溶解性化学需氧量(SCOD)数据。从而实现了快速、简便、准确、经济、环保地分析排放污水中的化学需氧量数据(SCOD)。
本发明方法关于污水化学需氧量(COD)的测定分析方法具有原理可靠、分析快速、简便、经济、环保等优点。该方法适用于活性污泥法污水处理稳定运行工艺如污水厂或实验室中涉及排放污水中化学需氧量(COD)多次、大量测定情况下采用。